隨著碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，其廢棄物的回收問題也引發(fā)了一定的關(guān)注。在污染和資源浪費(fèi)日益嚴(yán)重的情況下，應(yīng)該從復(fù)合材料應(yīng)用的最初階段就開始重視材料的選擇以及回收利用成本，這有利于從整體上降低回收成本并減少環(huán)境中的廢棄物。
碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料零部件的應(yīng)用方應(yīng)從復(fù)合材料的樹脂基體考慮，在使用性能得到保證的前提下，盡量采用熱塑性樹脂作為復(fù)合材料基體，這將利于碳纖維的回收和循環(huán)利用。
碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料主要有短纖維（0. 2 -0. 4 mm）增強(qiáng)、長(zhǎng)纖維（6-10 mm）增強(qiáng)和連續(xù)纖維增強(qiáng)這三種形態(tài)。碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的回收方式與碳纖維在樹脂中的形態(tài)和成型方法有很大關(guān)系。
目前，碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料主要制備方式是熔體成型方法，包括:注塑成型、模壓成型、層壓成型、纏繞成型、拉擠成型等。
對(duì)于高熔點(diǎn)的熱塑性樹脂，比如聚醚酰亞胺（PEI）和聚醚醚酮（PEEK），可采用溶劑法成型。
由于熱塑性樹脂是線性分子結(jié)構(gòu)，在高溫下易實(shí)現(xiàn)從固態(tài)到液態(tài)的轉(zhuǎn)化，因此碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料可以通過重熔重塑的方法進(jìn)行回收，和熱固性樹脂基碳纖維復(fù)合材料相比，其可回收性更強(qiáng)。
雖然熱塑性樹脂可以多次重復(fù)塑形，但對(duì)短碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料來說，其再次利用的關(guān)鍵是保持短纖維在復(fù)合材料中的取向程度，排列規(guī)則的短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可以使拉伸強(qiáng)度和拉伸模量保持在80-90%。
無論是短碳纖維增強(qiáng)還是連續(xù)碳纖維增強(qiáng)，在其回收再利用的過程中，如果能提高再生碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的使用性能，就會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)其回收價(jià)值。
切片再塑法也是一種常見的熱塑性樹脂回收方法。在纖維取向程度類似的情況下，碳纖維的體積含有率是影響復(fù)合材料回收后力學(xué)性能的主要因素，而回收碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的模量值主要取決于碳纖維的長(zhǎng)度，強(qiáng)度值取決于纖維和樹脂的浸漬質(zhì)量。
通過工業(yè)優(yōu)化，切片重塑法可實(shí)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料的低成本多次重復(fù)回收，可滿足碳纖維復(fù)合材料在一般民用領(lǐng)域的應(yīng)用。
近來，除了航天航空領(lǐng)域，連續(xù)性碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料也逐步應(yīng)用于骨外科醫(yī)療器械、電子電器、高端工業(yè)等領(lǐng)域中，無論是從產(chǎn)品性能角度還是從回收利用角度看，熱塑性碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展前景都值得期待。
3月23日，美國(guó)載人潛水服務(wù)提供商OceanGate公司宣布將東麗復(fù)材（美國(guó)）公司（CMA）作為其首選供應(yīng)商。東麗將為OceanGate提供航空級(jí)碳纖維預(yù)浸料，用于生產(chǎn)深海載人潛水器的新型碳纖維殼體。
“長(zhǎng)期以來，CMA一直是航空業(yè)內(nèi)值得信賴的供應(yīng)商，同時(shí)也是全球預(yù)浸復(fù)合材料研發(fā)領(lǐng)域的領(lǐng)先者。他們經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)團(tuán)隊(duì)和復(fù)合材料的專業(yè)知識(shí)積累將在下一代載人潛水器的開發(fā)過程中起關(guān)鍵作用，必將開創(chuàng)航空復(fù)合材料探索海洋資源的新紀(jì)元，”OceanGate首席執(zhí)行官Stockton Rush表示說。
“為了向裝備制造市場(chǎng)提供高效的解決方案，我們必須在設(shè)備設(shè)計(jì)中采用高性能復(fù)合材料，艇體方能承受海平面下4500米目標(biāo)深度、約45.5 MPa的強(qiáng)大外部壓力。該項(xiàng)目不僅能夠?yàn)樘祭w維找到新的應(yīng)用方式，同時(shí)也為增進(jìn)人類對(duì)地球和海洋未知區(qū)域的了解提供技術(shù)支持。”CMA工業(yè)銷售副總裁Philip Schell表示。
此前，OceanGate于2月26日宣布與美國(guó)宇航局NASA簽署合作協(xié)議，共同開發(fā)能夠經(jīng)受深海高壓環(huán)境和宇宙真空環(huán)境的碳纖維高壓殼體。
魯ICP備2021047099號(hào)